浅谈大型桥梁与隧道工程健康监测与评估管理系统

杨坤

摘要：随着城市化进程的加快和交通运输的发展，大型桥梁与隧道工程在现代社会中起着至关重要的作用。然而，由于长期使用和自然环境的影响，这些工程结构存在着健康状况的变化和潜在的安全隐患。因此，建立一套科学有效的健康监测与评估管理系统对于确保大型桥梁与隧道工程的安全运行至关重要。本文将介绍一种基于现代信息技术的大型桥梁与隧道工程健康监测与评估管理系统，该系统能够实时监测结构的健康状况，并提供准确可靠的评估结果，为工程管理者提供决策支持。

关键词：桥梁与隧道工程；健康监测；评估管理系统

引言

大型桥梁与隧道工程是现代城市交通运输系统的重要组成部分，承担着连接城市、促进经济发展的重要任务。大型桥梁与隧道工程健康监测与评估管理系统在实际工程中具有广泛的应用前景。通过实时监测和评估，可以及时发现结构的健康问题，并采取相应的维修和加固措施，确保工程的安全运行。未来，随着信息技术的不断发展，大型桥梁与隧道工程健康监测与评估管理系统将更加智能化和自动化，为工程管理者提供更加准确可靠的决策支持。

一、监测技术
（一）结构监测传感器

为了实时监测大型桥梁与隧道工程的健康状况，需要安装各种结构监测传感器。其中，应变传感器是一种常用的传感器，用于测量结构的应变情况。应变传感器可以通过测量结构的变形量来判断结构的受力情况，从而评估结构的健康状况。加速度传感器也是一种常用的传感器，用于测量结构的振动情况。通过监测结构的振动频率和振幅，可以判断结构的自然频率和振动特性，从而评估结构的健康状况。加速度传感器通常安装在结构的关键位置，如桥梁的支座和悬臂部分，以便准确监测结构的振动情况。位移传感器也是一种常用的传感器，用于测量结构的位移情况。这些结构监测传感器能够实时采集结构的应变、振动和位移等数据，为后续的健康评估提供基础数据。通过对这些数据的处理和分析，可以评估结构的健康状况，并及时采取相应的维修和加固措施，确保大型桥梁与隧道工程的安全运行。

（二） 数据采集与传输

监测传感器采集到的数据需要通过数据采集系统进行采集和传输，以便进行后续的处理和分析。现代信息技术的发展为数据采集和传输提供了更加高效和可靠的解决方案。无线传感网络是一种基于无线通信技术的数据采集与传输技术。它由多个分布在监测区域内的无线传感器节点组成，这些节点能够自组织形成一个网络，实现数据的采集和传输。无线传感网络具有灵活布局、易于部署和维护的优势，适用于大范围的监测区域。传感器节点可以通过无线通信方式将采集到的数据传输到数据中心或监测中心，实现实时监测和数据管理。

二、健康评估方法
（一)数据处理与分析

监测传感器采集到的数据需要进行处理和分析，以提取有用的信息并评估结构的健康状况。滤波是一种常用的数据处理方法，用于去除采集数据中的噪声和干扰。传感器采集到的数据可能包含各种噪声，如高频噪声和低频噪声。通过应用滤波算法，可以去除这些噪声，使得数据更加清晰和准确。常用的滤波方法包括低通滤波、高通滤波和带通滤波等。频域分析是一种将时域数据转换为频域数据的方法，用于分析结构的频率特性和振动模态。时域分析是一种直接对时域数据进行分析的方法，用于研究结构的动态特性和响应。通过滤波、频域分析、时域分析和统计分析等方法，可以对数据进行降噪、提取结构的动态特性和评估结构的健康状况。这些分析结果可以为工程管理者提供准确可靠的数据支持，帮助他们做出合理的维护和修复决策，确保大型桥梁与隧道工程的安全运行。

（二）健康评估模型

基于监测数据的处理和分析结果，可以建立健康评估模型，用于评估大型桥梁与隧道工程的健康状况。这些模型可以通过计算和分析结构的健康指标，提供对结构安全性和可靠性的评估。基于统计学方法的健康评估模型通过对监测数据进行统计分析，建立结构的健康指标和阈值。常用的统计学方法包括概率论、回归分析、时间序列分析等。通过对监测数据的统计特性进行分析，可以判断结构是否存在异常或损伤，并评估结构的健康状况。基于机器学习方法的健康评估模型通过对监测数据进行训练和学习，建立结构的健康模型和预测模型。常用的机器学习方法包括支持向量机、决策树、神经网络等。通过对监测数据的特征提取和模式识别，可以建立结构的健康评估模型，并预测结构的未来状态和寿命。这些健康评估模型可以根据实际情况进行选择和应用。它们能够利用监测数据的处理和分析结果，提供对大型桥梁与隧道工程健康状况的准确评估。这些评估结果可以为工程管理者提供决策支持，帮助他们制定合理的维护和修复策略，确保结构的安全运行和延长使用寿命。

三、管理系统设计
（一）系统架构

大型桥梁与隧道工程健康监测与评估管理系统的设计需要考虑系统的可靠性、实时性和可扩展性。传感器节点是系统的基础组成部分，用于实时采集结构的监测数据。传感器节点可以包括各种类型的传感器，如加速度计、应变计、温度传感器等。这些传感器节点分布在结构的关键位置，通过采集结构的振动、变形和温度等数据，实时监测结构的健康状况。数据采集与传输模块负责将传感器节点采集到的数据进行采集和传输。该模块可以包括数据采集设备、数据传输协议和通信网络等。

（二）功能设计

大型桥梁与隧道工程健康监测与评估管理系统是一个复杂而关键的系统，它需要具备多个功能模块来实现对结构的全面监测、数据处理与分析、健康评估和决策支持。实时监测功能。该功能模块主要负责实时采集结构的健康数据。为了实现实时监测，系统需要部署一系列传感器节点，这些节点可以安装在桥梁或隧道的关键位置，例如支座、梁段、墩柱等。传感器节点可以采集各种类型的数据，包括振动、应变、温度等。这些数据将通过数据采集与传输模块传输到数据处理与分析模块进行处理。健康评估功能。该功能模块使用健康评估模型对结构的健康状况进行评估。健康评估模型可以基于历史数据和实时监测数据，通过计算和分析，得出结构的健康指标。常用的健康评估方法包括统计学、机器学习和人工智能等。

四、总结

基于现代信息技术的大型桥梁与隧道工程健康监测与评估管理系统。该系统能够实时监测结构的健康状况，并提供准确可靠的评估结果，为工程管理者提供决策支持。该系统在大型桥梁与隧道工程中具有重要的应用价值，可以提高工程的安全性和可靠性。未来，随着信息技术的不断发展，该系统将进一步智能化和自动化，为工程管理者提供更加准确可靠的决策支持。

参考文献

[1]周伟,蒲涛.探究大型桥梁与隧道工程的健康监测与评估管理系统[J].建材与装饰,2019(05):256-257.

[2]田葆栓.北京茅以升科技教育基金会第二十七届颁奖大会暨第八届桥梁与隧道工程技术论坛在京举行[J].铁道车辆,2019,57(02):11.

[3]宋亚洲.大型桥梁与隧道工程监测评估系统研究[J].中华建设,2018(01):142-143.

[4]陶沁仆.与造物续缘 与创新同步——记福州大学土木工程学院桥梁与隧道工程研究所副研究员袁辉辉[J].科学中国人,2017(16):70-71.

[5]宋羽婷.浅谈大型桥梁与隧道工程健康监测与评估管理系统[J].低碳世界,2017(12):197-198.DOI:10.16844/j.cnki.cn10-1007/tk.2017.12.126.